混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、試件成型模具及成套裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、試件成型模具及成套裝置，包括混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具和混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置；混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件為方截面等厚度啞鈴型抗拉試件；混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具包括側(cè)?？蚣芎偷装澹瑐?cè)?？蚣苡蓛山M鏈合側(cè)板對(duì)接形成；混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置包括加載框架、加載機(jī)構(gòu)、試件張拉夾持夾具、試件變形測(cè)試夾具和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)保高效和測(cè)試精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、試件成型模具及成套裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及工程檢測(cè)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、 試件成型模具及成套裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土直接拉伸試驗(yàn)是準(zhǔn)確獲取混凝土抗拉強(qiáng)度、極限拉伸值以及抗拉彈性模量 等一系列抗拉參數(shù)的重要技術(shù)手段，為混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論分析和性能評(píng)價(jià)提供重要依 據(jù)。但目前混凝土直接拉伸試驗(yàn)尚無(wú)理想的試驗(yàn)方法和裝置，混凝土單軸抗拉強(qiáng)度大多是 通過(guò)間接拉伸試驗(yàn)或通過(guò)與抗壓強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式換算獲得?；炷灵g接拉伸試驗(yàn)方法(如 劈裂抗拉強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度)雖然較為簡(jiǎn)單，但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它們并不是混凝土拉伸強(qiáng)度的真 實(shí)反映。就混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，雖然研究人員已提出各種經(jīng)驗(yàn)公式，但 在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在相關(guān)性差的問(wèn)題。在進(jìn)行混凝土直接拉伸試驗(yàn)時(shí)，合理的試件型式 和張拉方式是確保試驗(yàn)成功的關(guān)鍵，長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研人員曾開(kāi)發(fā)了多種試件型式及 相應(yīng)的張拉方式，試件縱向構(gòu)型可概括為柱型和啞鈴型，試件橫截面構(gòu)型有圓形和方形，其 中柱形試件端部又分為局部放大和整體放大兩種。張拉方式可概括為三種:①通過(guò)在試件 兩端預(yù)埋組件進(jìn)行張拉的內(nèi)埋型(端部穿孔可作為內(nèi)埋型的特殊形式）;②通過(guò)外部夾具夾 持試件兩端提供摩擦力對(duì)試件進(jìn)行張拉的外夾型;③通過(guò)粘結(jié)材料粘結(jié)試件兩端進(jìn)行張拉 的粘結(jié)型。理想的混凝土直接拉伸試驗(yàn)必須確保試件橫截面上產(chǎn)生的應(yīng)力均勻分布，完全 消除應(yīng)力梯度，同時(shí)還應(yīng)滿足準(zhǔn)確、高效、環(huán)保、重復(fù)性好等方面的要求。但目前從國(guó)內(nèi)外現(xiàn) 有的狀況看，尚無(wú)一種能完全滿足這些要求的試件型式和張拉方式(裝置）。
[0003] 對(duì)于內(nèi)埋型張拉方式，不僅試件的制作過(guò)于繁瑣，而且對(duì)于混凝土這種非均質(zhì)的 材料，要保證試件幾何中心與物理中心嚴(yán)格一致十分困難。因此，即使試件制作良好，其試 驗(yàn)成功率也存在不確定性。
[0004] 對(duì)于端部穿孔型張拉方式，除試件制作和夾持困難外，如果試件制作時(shí)不能保證 孔的合理布置，那么其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性就難以保證。而且，這種試件在受力過(guò)程中二個(gè)拉 孔處將產(chǎn)生應(yīng)力集中，很容易造成圓孔變形，引起偏載，使斷裂面很難落到預(yù)定破壞段。
[0005] 對(duì)于摩擦型張拉方式，由于摩擦力和試件抗壓強(qiáng)度并無(wú)直接相關(guān)性，當(dāng)測(cè)試高強(qiáng) 混凝土試件時(shí)，可能由于摩擦力不足保證不了試件破壞，或者為保證足夠摩擦力設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng) 的試件又帶來(lái)諸多不便。
[0006] 對(duì)于粘結(jié)型張拉方式，其操作程序過(guò)于復(fù)雜，首先是需要制作與試件配套的粘貼 板，當(dāng)試驗(yàn)工作量較大時(shí)，粘貼板的數(shù)量也要很大。其次是涂抹的粘結(jié)劑極易污染環(huán)境，其 揮發(fā)氣體還會(huì)對(duì)操作人員的健康造成危害，試驗(yàn)結(jié)束后，再利用粘貼板時(shí)，清除高強(qiáng)樹(shù)脂膠 也十分不易?？傊摲椒ɡ速M(fèi)人力和物力，效率過(guò)低且不環(huán)保。
[0007] 現(xiàn)有八字型混凝土極限拉伸試驗(yàn)夾具（公告號(hào)CN201203556)主要包括基架，夾持 梁鉸接在基架基板上的圓孔中，兩個(gè)托板分別通過(guò)托板定位銷連接在基架兩側(cè)的梯形板 上。該發(fā)明提供的八字型混凝土極限拉伸試驗(yàn)夾具可夾持在試驗(yàn)機(jī)的鉗口中，試件的八字 型端可伸入到基架兩側(cè)的梯形板中實(shí)現(xiàn)夾具與試驗(yàn)機(jī)的連接。該發(fā)明所提供的夾具雖然可 對(duì)八字型混凝土試件進(jìn)行夾持和拉伸試驗(yàn)，但實(shí)踐表明試驗(yàn)的成功率很低，即試件的斷裂 幾乎都在變截面處，很難發(fā)生在預(yù)定破壞段之內(nèi)，所得試驗(yàn)結(jié)果就未能反映混凝土隨機(jī)斷 裂的本質(zhì)特性。由于在試件型式和試件張拉夾持夾具的設(shè)計(jì)方法上不能給出合理的方案， 就難以避免試件變截面處的應(yīng)力集中，就無(wú)法得到更有價(jià)值的試驗(yàn)結(jié)果，因此，有必要開(kāi)發(fā) 出一種結(jié)構(gòu)合理、操作便捷且能準(zhǔn)確測(cè)試混凝土直接拉伸性能的試件型式及成套裝置，并 便于在普通試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行直接拉伸試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、環(huán)保高效、 測(cè)試精準(zhǔn)的混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、試件成型模具及成套裝置，包括混凝土直接拉伸試 驗(yàn)試件、混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具和混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置。
[0009] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件，所述試件為方截面等厚度啞鈴型抗拉試件，其由上至下依 次為上強(qiáng)固段、上加載段、上傳力段、測(cè)試段、下傳力段、下加載段和下強(qiáng)固段，測(cè)試段即為 預(yù)定破壞段;各段的橫截面均呈方形，且截面厚度均相等，截面寬度由預(yù)定破壞段向上強(qiáng)固 段和下強(qiáng)固段逐漸增大;上加載段和下加載段側(cè)面均設(shè)置為與試件縱向成不大于45度的斜 面，上傳力段兩側(cè)面設(shè)置為弧面，且弧面兩端切面即為上加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面，上傳 力段兩側(cè)面與上加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面的連接界面平滑過(guò)渡，下傳力段兩側(cè)面設(shè)置為 弧面，且弧面兩端切面即為下加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面，下傳力段兩側(cè)面與下加載段和 預(yù)定破壞段的側(cè)面的連接界面平滑過(guò)渡。
[0010] 本發(fā)明的另一目的是提供混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具，該試件模具的型腔 與所述的試件相對(duì)應(yīng)，所述試件成型模具包括側(cè)模框架和底板;側(cè)?？蚣苡蓛山M鏈合側(cè)板 對(duì)接形成，每組鏈合側(cè)板均由橫側(cè)板和縱側(cè)板鉸接連接而成，每組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板的對(duì) 應(yīng)位置處均設(shè)置有限位槽，對(duì)接時(shí)一組鏈合側(cè)板橫側(cè)板的端部插入另一組鏈合側(cè)板縱側(cè)板 端部設(shè)置的限位槽中； 每組鏈合側(cè)板的橫側(cè)板端部外側(cè)中心設(shè)置有側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓，側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓配設(shè)鎖緊螺 母，每組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板端部與所述轉(zhuǎn)軸螺栓對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有側(cè)板螺栓卡槽，兩組鏈 合側(cè)板通過(guò)兩套側(cè)板螺栓卡槽、側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓和鎖緊螺母進(jìn)行緊固連接，對(duì)接時(shí)一組鏈合 側(cè)板橫側(cè)板的側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓卡入另一組鏈合側(cè)板縱側(cè)板的側(cè)板螺栓卡槽中； 底板的四周側(cè)邊中心向外均設(shè)置有底板轉(zhuǎn)軸螺栓，底板轉(zhuǎn)軸螺栓配設(shè)鎖緊螺母，側(cè)模 框架的每塊橫側(cè)板和縱側(cè)板上與底板轉(zhuǎn)軸螺栓相應(yīng)位置處設(shè)置有底板螺栓卡槽，所述的底 板螺栓卡槽和底板設(shè)置的底板轉(zhuǎn)軸螺栓將底板和側(cè)?？蚣苓B接為一整體的試件成型模具， 連接時(shí)底板的底板轉(zhuǎn)軸螺栓卡入側(cè)?？蚣艿牡牡装迓菟ú壑?。
[0011] 所述每組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板的構(gòu)型與所述試件的縱向側(cè)面一致;所述底板上設(shè)置 有臺(tái)階，臺(tái)階形狀與所述試件的縱向截面相對(duì)應(yīng)。
[0012] 本發(fā)明的另一目的是提供混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，所述成套裝置包括與所 述試件相配合的試件張拉夾持夾具，所述試件張拉夾持夾具包括連板、肢板、夾持梁、球鉸 頭和T型卡板； 所述連板內(nèi)端部的前后側(cè)均固定連接有倒Y字型的肢板，每個(gè)肢板均向下左右兩側(cè)分 出兩個(gè)肢臂，肢臂端部均設(shè)置有圓形套孔，前后側(cè)肢板的左側(cè)兩對(duì)應(yīng)肢臂和右側(cè)兩對(duì)應(yīng)肢 臂之間均設(shè)置有夾持梁，夾持梁通過(guò)兩端設(shè)置的轉(zhuǎn)軸限位在前后側(cè)肢板對(duì)應(yīng)肢臂的兩個(gè)圓 形套孔中，夾持梁通過(guò)轉(zhuǎn)軸與圓形套孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接;夾持梁中間設(shè)置有球鉸窩，球鉸窩內(nèi)設(shè)置 球鉸頭，球鉸頭與Τ型卡板通過(guò)頂柱固定連接為整體，左右兩Τ型卡板的夾持面與所述試件 的上加載段或下加載段的兩側(cè)面貼合。
[0013] 混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置還包括試件變形測(cè)試夾具，所述試件變形測(cè)試夾具 包括上框架和下框架，上框架和下框架均包括由前肢、左肢和后肢組成的固定結(jié)構(gòu)和由右 肢組成的可動(dòng)結(jié)構(gòu)，固定結(jié)構(gòu)的后肢右端和右肢的后端鉸接連接，固定結(jié)構(gòu)的前肢右端和 右肢前端通過(guò)鎖銷連接，所述鎖銷設(shè)置在右肢前端的限位槽內(nèi)，限位槽的前后側(cè)壁設(shè)置有 限制鎖銷位置的滑動(dòng)導(dǎo)孔，鎖銷中間設(shè)置有把手，介于把手和限位槽后側(cè)壁之間的鎖銷桿 上套裝有復(fù)位彈簧，所述前肢右端部朝向鎖銷的側(cè)面設(shè)置有與鎖銷相對(duì)應(yīng)的鎖銷插槽，鎖 銷壓入插槽后可動(dòng)結(jié)構(gòu)的右肢即與固定結(jié)構(gòu)組成一體的結(jié)構(gòu)框架;所述左肢內(nèi)側(cè)面排列設(shè) 置有至少兩個(gè)頂錐，右肢內(nèi)側(cè)面中心設(shè)置有試件夾持螺釘，試件夾持螺釘穿過(guò)右肢且其頂 端指向左側(cè)； 上框架和下框架均通過(guò)兩個(gè)頂錐和一個(gè)試件夾持螺釘夾持在所述試件的測(cè)試段處； 上框架左肢和右肢下側(cè)面均固定連接有標(biāo)距柱，標(biāo)距柱外側(cè)壁均設(shè)置有上卡箍，下框 架的左肢和右肢與標(biāo)距柱上的卡箍對(duì)應(yīng)位置處分別設(shè)置有下卡箍，上卡箍和下卡箍構(gòu)成變 形傳感器夾具。
[0014] 混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置還包括加載框架和加載機(jī)構(gòu)，所述加載框架包括由 左至右依次布置的左柱、中柱與右柱和由上至下依次布置的主梁、導(dǎo)向梁和底座，左柱、中 柱和右柱固結(jié)于底座上，導(dǎo)向梁固結(jié)于左柱和中柱上，主梁固結(jié)于左柱、中柱和右柱上，主 梁和導(dǎo)向梁左側(cè)處沿垂直方向設(shè)置有上下對(duì)應(yīng)的導(dǎo)桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔;主梁右側(cè)處沿垂直方 向設(shè)置有拉桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔;中柱位于主梁和導(dǎo)向梁之間的柱體中心處設(shè)置有杠桿方孔； 所述加載機(jī)構(gòu)包括加載導(dǎo)桿、杠桿、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)盤(pán)手柄、加載螺母和拉桿，加載導(dǎo)桿通過(guò)所 述導(dǎo)桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔與加載框架形成滑動(dòng)連接，加載導(dǎo)桿頂端設(shè)置承載帽，杠桿分別通過(guò) 轉(zhuǎn)軸與加載導(dǎo)桿、中柱和拉桿鉸接連接，杠桿與加載導(dǎo)桿、杠桿與拉桿的連接孔均為長(zhǎng)圓 孔，杠桿與中柱的連接孔為圓孔，拉桿中部通過(guò)軸銷與杠桿鉸接連接，拉桿上端穿過(guò)所述拉 桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔并與主梁滑動(dòng)連接，拉桿伸出主梁滑動(dòng)導(dǎo)孔的上端部分設(shè)置有外螺紋，設(shè) 置外螺紋的桿體處套設(shè)有加載螺母； 所述試件的上加載段和下加載段位置處各設(shè)置一套所述試件張拉夾持夾具，上加載段 處的所述試件張拉夾持夾具和下加載段處的所述試件張拉夾持夾具上下對(duì)稱設(shè)置，每套試 件張拉夾持夾具的連板的外端部對(duì)應(yīng)于所述試件中心拉伸軸線處均設(shè)置有半球形球鉸孔， 半球形球鉸孔內(nèi)設(shè)置球鉸連接件，上加載段處的試件張拉夾持夾具通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件 與拉桿連接，下加載段處的試件張拉夾持夾具通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件與荷載傳感器連接。
[0015] 混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置還包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括荷載 傳感器、變形傳感器、控制器、計(jì)算機(jī)，兩個(gè)變形傳感器夾持在對(duì)應(yīng)的變形傳感器夾具上，荷 載傳感器的上端通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件與對(duì)應(yīng)的試件張拉夾持夾具連接，荷載傳感器的下 端與所述底座連接，荷載傳感器和變形傳感器分別通過(guò)數(shù)據(jù)電纜與控制器連接，控制器通 過(guò)數(shù)據(jù)電纜與計(jì)算機(jī)連接。
[0016] 所述T型卡板的夾持面上設(shè)置有緩沖層； 所述T型卡板的外邊緣設(shè)置有限位擋板，所述限位擋板與T型卡板夾持面形成的夾角與 所述試件對(duì)應(yīng)處的邊角相等； 所述變形傳感器卡箍上設(shè)置有緊固螺釘； 所述鎖銷和滑動(dòng)導(dǎo)孔的橫截面均為方形，所述插槽也為方形，所述鎖銷的鎖頭的縱向 內(nèi)側(cè)面為弧面； 加載螺母外固定連接有轉(zhuǎn)盤(pán)手柄，加載螺母和主梁的滑動(dòng)導(dǎo)孔間設(shè)置有軸承； 拉桿中部靠上側(cè)處固定套設(shè)有圓盤(pán)，緩沖裝置設(shè)在杠桿上位于主梁和圓盤(pán)之間的位置 處； 所述緩沖裝置為彈簧或阻尼器； 所述底座與荷載傳感器下端對(duì)應(yīng)位置處也設(shè)置有半球形球鉸孔，半球形球鉸孔內(nèi)設(shè)置 球鉸連接件，荷載傳感器的下端通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸頭連接件與所述底座連接。
[0017] 所述變形傳感器為差動(dòng)變壓器式位移計(jì)，所述標(biāo)距柱上的上卡箍是固定差動(dòng)變壓 器式位移計(jì)的主體，對(duì)應(yīng)的下卡箍固定頂板，差動(dòng)變壓器式位移計(jì)測(cè)試端的球珠頂在頂板 上，測(cè)試過(guò)程中差動(dòng)變壓器式位移計(jì)通過(guò)自身的彈性元件始終使球珠與頂板接觸，通過(guò)上 框架和下框架傳遞的相對(duì)位移獲得試件預(yù)定破壞段的變形量。
[0018] 所述變形傳感器為電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)，所述標(biāo)距柱上的上卡箍和下框架對(duì)應(yīng)設(shè) 置的下卡箍均分別固定有上下對(duì)稱的限位桿，所述限位桿內(nèi)端部一側(cè)均設(shè)置有用于限定引 伸計(jì)刀刃位置的刀刃卡槽，電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)的兩刀刃分別卡接在對(duì)應(yīng)的刀刃卡槽內(nèi)， 每個(gè)限位桿與刀刃卡槽對(duì)應(yīng)另一側(cè)均設(shè)置有防滑槽，測(cè)試過(guò)程中電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)的兩 刀刃始終固定在限位桿上，通過(guò)上框架和下框架傳遞的相對(duì)位移獲得試件預(yù)定破壞段的變 形量。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是： (1)采用方截面等厚度啞鈴型試件型式可降低澆筑制作混凝土試件時(shí)的難度、節(jié)省人 力物力。試件傳力段兩側(cè)面的弧面設(shè)計(jì)可保證張拉時(shí)拉應(yīng)力由加載段向測(cè)試段(預(yù)定破壞 段)的均勻傳遞，避免變截面處應(yīng)力集中的產(chǎn)生，合理的測(cè)試段設(shè)計(jì)確保試件的破壞能真實(shí) 反映混凝土隨機(jī)斷裂的本質(zhì)。
[0020] (2)試件成型模具不僅可確保試件的構(gòu)型和尺寸精度，而且拆裝方便，工作效率 尚。
[0021] (3)加載框架和加載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可將對(duì)試件的拉向加載轉(zhuǎn)換為壓向加載，便于在 普通壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，使本發(fā)明的裝置更具有適用性。
[0022] (4)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄的設(shè)置不僅便于試件的安裝，也便于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加載。
[0023] (5)試件張拉夾持夾具中夾持梁中心的球鉸窩和T型卡板的球鉸頭構(gòu)成一種自適 應(yīng)球鉸結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)試件的合理夾持和張拉，消除試件張拉端部的彎矩和扭矩，使預(yù)定破 壞段內(nèi)的拉應(yīng)力分布均勻，保證試驗(yàn)的成功率從而獲得能真實(shí)反映混凝土斷裂破壞特征的 試驗(yàn)參數(shù)。
[0024] (6)變形測(cè)試夾具適用于對(duì)多種便攜式變形傳感器的夾持，使測(cè)試效率高、成本 低。
[0025] (7)本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置及測(cè)試方法不僅適用于水泥混凝土試 件的直接拉伸試驗(yàn)，也適用于水泥砂漿及其他脆性材料的直接拉伸試驗(yàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具的裝配圖； 圖3是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具中底板的主視圖； 圖4是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具中底板的俯視圖； 圖5是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具中鏈合側(cè)板的主視圖； 圖6是混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具中鏈合側(cè)板的俯視圖； 圖7是混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中加載框架與加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件張拉夾持夾具的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9是實(shí)施例1中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的主視圖； 圖10是實(shí)施例1中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的俯視圖； 圖11是實(shí)施例1中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的左視圖； 圖12是實(shí)施例2中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的主視圖； 圖13是實(shí)施例2中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的俯視圖； 圖14是實(shí)施例2中混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置中試件變形測(cè)試夾具的左視圖。
【具體實(shí)施方式】 [0027] 實(shí)施例1: 以下結(jié)合圖1至圖11對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的混凝土直接拉伸 試驗(yàn)試件、試件成型模具及成套裝置，包括混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件、混凝土直接拉伸試驗(yàn) 試件成型模具和混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置。
[0028] 混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件為方截面等厚度啞鈴型抗拉試件，對(duì)于混凝土這種非均 質(zhì)非連續(xù)的多相復(fù)合材料，其破壞過(guò)程受內(nèi)部隨機(jī)分布的缺陷和裂縫的控制，在單軸應(yīng)力 作用下試件的斷裂破壞點(diǎn)具有不確定性，為獲得混凝土破壞行為更有價(jià)值的信息，必須使 試件的破壞發(fā)生在預(yù)定破壞段，此時(shí)，試件的結(jié)構(gòu)型式對(duì)能否成功實(shí)現(xiàn)混凝土的直接拉伸 試驗(yàn)至關(guān)重要，它決定著試驗(yàn)成功的概率、結(jié)果的精準(zhǔn)性、測(cè)試效率、經(jīng)濟(jì)性，也決定著采用 的相應(yīng)試件成型模具和張拉方式，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種方截面等厚度啞鈴型 張拉試件(如圖1)。
[0029] 如圖1所示，方截面等厚度啞鈴型抗拉試件可分為四個(gè)特征段:強(qiáng)固段A1(按圖1方 位處于上部的強(qiáng)固段A1為上強(qiáng)固段、處于下部的強(qiáng)固段為下強(qiáng)固段）、加載段A2(按圖1方位 處于上部的加載段A2為上加載段、處于下部的加載段A2為下加載段）、傳力段A3(按圖1方位 處于上部的傳力段A3為上傳力段、處于下部的傳力段A3為下傳力段)和測(cè)試段(預(yù)定破壞 段)A4。測(cè)試段(預(yù)定破壞段)A4的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傳力段A3的長(zhǎng)度為0.43L、加載段A2的長(zhǎng)度為 0.43L、強(qiáng)固段A1的長(zhǎng)度為0.75L。各段橫截面均呈方形，厚度均等于測(cè)試段A4的長(zhǎng)度L，截面 寬度由測(cè)試段A4的L逐漸增大到強(qiáng)固段A1的2L。強(qiáng)固段A1設(shè)計(jì)足夠的縱向長(zhǎng)度，可確保內(nèi)力 的均勻傳遞，避免端部因過(guò)早發(fā)生劈裂破壞而測(cè)不到有效數(shù)據(jù)。加載段A2側(cè)面設(shè)計(jì)為與試 件縱向成45度的斜面，不僅方便對(duì)試件張拉，而且易于使強(qiáng)固段A1端部的內(nèi)力(壓應(yīng)力和拉 應(yīng)力）達(dá)到均衡，不至因過(guò)長(zhǎng)浪費(fèi)材料，或因過(guò)短出現(xiàn)提前破壞現(xiàn)象。傳力段A3兩側(cè)面設(shè)計(jì) 為半徑為R=〇.6L的弧面，弧面兩端切面即為加載段A2和測(cè)試段A4的側(cè)面，界面過(guò)渡平滑，這 種構(gòu)型可保證拉應(yīng)力由加載段A2向測(cè)試段A4的均勻傳遞，避免變截面處的應(yīng)力集中。測(cè)試 段A4是橫截面最小的部分，張拉時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力最大，從而使該段具有最大的破壞概 率。所述測(cè)試段A4的長(zhǎng)度、寬度和厚度均相等，具體尺寸還要依據(jù)原材料(如混凝土骨料的 最大粒徑)來(lái)確定，以既能反應(yīng)混凝土隨機(jī)斷裂的本質(zhì)，又便于測(cè)試試件斷裂過(guò)程中的變形 參數(shù)為宜。
[0030] 基于本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件，本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型 模具（如圖2至圖6)，包括兩塊橫側(cè)板B1、兩塊縱側(cè)板B3和一塊底板B7,其中，由一塊橫側(cè)板 B1和一塊縱側(cè)板B3通過(guò)軸銷B2聯(lián)接而成一組鏈合側(cè)板，從而形成兩組鏈合側(cè)板，兩組鏈合 側(cè)板對(duì)接形成側(cè)?？蚣?，一組鏈合側(cè)板橫側(cè)板B1的端部可插入另一組鏈合側(cè)板縱側(cè)板B3端 部設(shè)置的限位槽B8中，每組鏈合側(cè)板的橫側(cè)板B1端部外側(cè)中心設(shè)置有T型側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓B9， T型轉(zhuǎn)軸螺栓B9配設(shè)蝶形螺母，另一組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板B3端部與T型轉(zhuǎn)軸螺栓B9對(duì)應(yīng)位置 處設(shè)置有U型的側(cè)板螺栓卡槽B10,兩組鏈合側(cè)板通過(guò)兩套T型側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓B9和蝶形螺母 進(jìn)行緊固聯(lián)接，長(zhǎng)方形底板B7的四周側(cè)邊中心向外均設(shè)置有一套T型底板轉(zhuǎn)軸螺栓B5和蝶 形螺母，每塊側(cè)板的相應(yīng)位置處設(shè)置有U型底板螺栓卡槽B6,所述的底板螺栓卡槽B6和底板 B7設(shè)置的T型底板轉(zhuǎn)軸螺栓B5將底板B7和鏈合側(cè)板聯(lián)接為一整體的試件成型模具。
[0031] 所述縱側(cè)板B3的構(gòu)型與張拉試件7的縱向側(cè)面一致，包括強(qiáng)固段A1、加載段A2、傳 力段A3和測(cè)試段(預(yù)定破壞段)A4,縱側(cè)板B3的外側(cè)壁設(shè)置有空心槽B4,不僅減輕重量，也可 作為搬運(yùn)時(shí)的把手。
[0032]所述底板B7中心依據(jù)試件7的縱向截面尺寸設(shè)置一個(gè)臺(tái)階B11，可防止側(cè)板沿底板 B7滑移，避免澆筑試件7時(shí)產(chǎn)生尺寸偏差。
[0033]基于本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件，本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置 包括加載框架、加載機(jī)構(gòu)、試件張拉夾持夾具、試件變形測(cè)試夾具和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。本發(fā) 明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置操作便捷、環(huán)保高效、精度高、成本低，并適用于各種加 載條件。
[0034]加載框架起到對(duì)加載機(jī)構(gòu)和試件張拉夾持夾具等提供穩(wěn)定支撐的作用;加載機(jī)構(gòu) 可將壓力轉(zhuǎn)換為拉力，便于在普通壓力試驗(yàn)機(jī)上使用本裝置;試件張拉夾持夾具17可完全 消除試件7端部的彎矩和扭矩，提高試驗(yàn)成功率;變形傳感器夾具19便于利用常規(guī)的變形傳 感器18獲得試件7的變形值;利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可方便得到水泥砂漿/混凝土的在拉伸荷載 作用下的破壞應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€。
[0035] 如圖7所示，所述加載框架包括左柱8、中柱9、右柱15、主梁2、導(dǎo)向梁5和底座10。左 柱8、中柱9和右柱15固結(jié)于底座10上，導(dǎo)向梁5固結(jié)于左柱8和中柱9上，主梁2固結(jié)于左柱8、 中柱9和右柱15上，構(gòu)成了整體的框架結(jié)構(gòu)。主梁2和導(dǎo)向梁5左端垂直方向?qū)?yīng)處各布置一 個(gè)起滑動(dòng)和導(dǎo)向作用的套孔來(lái)放置加載導(dǎo)桿6;主梁2右端垂直方向布置一個(gè)穿過(guò)拉桿14的 滑動(dòng)導(dǎo)向套孔;主梁2和導(dǎo)向梁5之間的中柱9上部中心處設(shè)置一可供杠桿3穿過(guò)和轉(zhuǎn)動(dòng)的方 孔。
[0036]如圖7所示，加載機(jī)構(gòu)包括加載導(dǎo)桿6、杠桿3、彈簧(或阻尼器）13、轉(zhuǎn)軸4、轉(zhuǎn)盤(pán)手柄 11、加載螺母12、拉桿14和試件張拉夾持夾具17等。加載導(dǎo)桿6通過(guò)主梁2和導(dǎo)向梁5上垂直 方向設(shè)置的滑動(dòng)導(dǎo)向套孔與加載框架形成滑動(dòng)聯(lián)接，加載導(dǎo)桿6頂端設(shè)置承載帽1，便于施 加壓向荷載，加載導(dǎo)桿6沿導(dǎo)向孔的運(yùn)動(dòng)可將荷載通過(guò)杠桿3傳遞給拉桿14。杠桿3分別通過(guò) 轉(zhuǎn)軸4與加載導(dǎo)桿6、中柱9和拉桿14相聯(lián)接，杜桿3與加載導(dǎo)桿6、杜桿3與拉桿14的聯(lián)接孔均 為長(zhǎng)圓孔，以避免杠桿3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使加載導(dǎo)桿6和拉桿14產(chǎn)生側(cè)向彎矩，并有利于荷載的勻速 傳遞;杠桿3與中柱8的聯(lián)接孔為圓孔，圓孔可使杠桿保持在垂直平面內(nèi)的穩(wěn)定性。拉桿14中 部通過(guò)軸銷與杠桿3進(jìn)行軸聯(lián)接，拉桿14上端通過(guò)設(shè)置于主梁2上垂直方向的滑動(dòng)導(dǎo)孔與主 梁2進(jìn)行滑動(dòng)聯(lián)接，拉桿14伸出主梁2滑動(dòng)導(dǎo)孔的上端部分設(shè)置有外螺紋，設(shè)置外螺紋的上 端部套設(shè)有加載螺母12,加載螺母12與轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11固定連接為整體，轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11的轉(zhuǎn)動(dòng)可 帶動(dòng)加載螺母12沿拉桿14相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于加載螺母12和轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11相對(duì)加載框架在垂直方 向上是靜止的，因而，轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11的水平方向的轉(zhuǎn)動(dòng)將轉(zhuǎn)化為拉桿14垂直方向的運(yùn)動(dòng)。所 述加載螺母12和主梁2的滑動(dòng)導(dǎo)孔間設(shè)置有軸承，以減小加載螺母12相對(duì)主梁2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的滑 動(dòng)摩擦阻力。
[0037] 拉桿14中部靠上側(cè)設(shè)置有一圓盤(pán)，可將彈簧(或阻尼器）13限制在主梁2和圓盤(pán)之 間。加載時(shí)，荷載通過(guò)加載導(dǎo)桿6由杠桿3傳遞給拉桿14,拉桿14沿垂直方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)軸銷 和球鉸連接件16帶動(dòng)試件張拉夾持夾具17使試件7受力，同時(shí)使彈簧(或阻尼器）13受到壓 縮，彈簧(或阻尼器）13的設(shè)置可方便對(duì)試件7的夾持操作，一定程度上可調(diào)節(jié)試件7斷裂時(shí) 加載框架及加載機(jī)構(gòu)的能量釋放率。試件7的兩個(gè)張拉端各設(shè)置一套試件張拉夾持夾具17， 每套試件張拉夾持夾具17對(duì)應(yīng)于試件7中心拉伸軸線處均設(shè)置半球形球鉸孔，球鉸孔內(nèi)設(shè) 置球鉸連接件16,上端的試件張拉夾持夾具17通過(guò)球鉸連接件16與拉桿14聯(lián)接，下端的試 件張拉夾持夾具17通過(guò)球鉸連接件16與荷載傳感器18聯(lián)接。
[0038]所述承載帽1的加載面為球面，可使加載導(dǎo)桿6的受力更合理，降低滑動(dòng)摩擦力。
[0039] 所述杠桿3主動(dòng)臂的臂長(zhǎng)大于從動(dòng)臂的臂長(zhǎng)。
[0040] 如圖8所示，所述的試件張拉夾持夾具17主要由連板C1、肢板C2、夾持梁C6、球鉸頭 C5、T型卡板C4和橡膠板C3等組成。所述連板C1前后兩端固定連接有倒Y字型的肢板C2,肢板 C2向下左右兩側(cè)分出兩個(gè)肢臂，肢臂端部設(shè)置有圓形套孔，夾持梁C6通過(guò)兩端設(shè)置的轉(zhuǎn)軸 C8限位在前后肢板C2肢臂的兩個(gè)圓形套孔中，并可在圓形套孔中繞轉(zhuǎn)軸C8自由轉(zhuǎn)動(dòng)。夾持 梁C6中間設(shè)置有球鉸窩，球鉸窩內(nèi)設(shè)置球鉸頭C5,球鉸頭C5與T型卡板C4通過(guò)頂柱C7固定連 接為整體，T型卡板C4的加載面上設(shè)置有橡膠板C3,橡膠板C3可使試件和T型卡板C4的夾持 面貼合緊密，使試件加載段A2的荷載分布更為均勻;T型卡板C4的外邊緣設(shè)置有限位擋板， 所述限位擋板與T型卡板C4夾持面形成的夾角與試件對(duì)應(yīng)處的邊角相等，使T型卡板C4與試 件接觸處能較好的吻合;夾持梁C6帶動(dòng)T型卡板C4繞轉(zhuǎn)軸C8的整體轉(zhuǎn)動(dòng)便于將試件7伸入到 本發(fā)明的試件張拉夾持夾具17中并被加緊，所述夾持梁C6中心的球鉸窩和球鉸頭C5構(gòu)成一 種自適應(yīng)夾持結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可使T型卡板C4的夾持面與試件的加載面保持更好的平行性，避 免試件端部扭矩和彎矩的產(chǎn)生。
[0041 ] 所述自適應(yīng)球鉸頭C5的球心位置處于夾持梁C6轉(zhuǎn)軸C8的軸心上。
[0042] 如圖9至圖11所示，所述試件變形測(cè)試夾具19包括上框架和下框架，上框架和下框 架均包括由前肢D6、左肢D2和后肢D13組成的固定結(jié)構(gòu)和由右肢D7組成的可動(dòng)結(jié)構(gòu)，固定結(jié) 構(gòu)的后肢D13右端和右肢D7的后端通過(guò)軸銷D8聯(lián)接，固定結(jié)構(gòu)的前肢D6右端和右肢D13前端 通過(guò)鎖銷D9聯(lián)接，所述鎖銷D9設(shè)置在右肢D13前端的限位槽內(nèi)，限位槽的前后側(cè)壁設(shè)置有限 制鎖銷D9位置的滑動(dòng)導(dǎo)孔，鎖銷D9中間設(shè)置有把手，介于把手和限位槽后側(cè)壁之間的鎖銷 桿上套裝有彈簧，所述前肢D6的右端朝向鎖銷D9的側(cè)面設(shè)置有鎖銷插槽D12,彈簧釋放時(shí)可 將鎖銷D9前端的鎖頭D11壓入所述插槽D12中。所述鎖銷D9和滑動(dòng)導(dǎo)孔的橫截面均為方形， 可防止鎖銷D9把手的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述插槽D12也為方形，鎖頭D11的縱向內(nèi)側(cè)面為弧面，便于將其 壓入插槽D12內(nèi)并被鎖定，鎖銷D9壓入插槽D12后可動(dòng)結(jié)構(gòu)的右肢D7即與固定結(jié)構(gòu)組成一體 的結(jié)構(gòu)框架。所述左肢D2內(nèi)側(cè)面中心兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)頂錐D1，右肢D7內(nèi)側(cè)面中心設(shè)置有試 件夾持蝶形螺釘D10,上下框架分別通過(guò)兩個(gè)頂錐D1和一個(gè)蝶形螺釘D10牢固地夾持在被測(cè) 試件7上。所述上框架左肢D2和右肢D7下側(cè)面固定連接有標(biāo)距柱D3,標(biāo)距柱D3外側(cè)壁中部設(shè) 置有用于夾持變形傳感器18的卡箍D5,所述下框架的左肢D2和右肢D7與標(biāo)距柱D3上的卡箍 D5對(duì)應(yīng)位置處也分別設(shè)置有卡箍D5,所述卡箍D5上設(shè)置有蝶形緊固螺釘D4。
[0043]所述標(biāo)距柱D3的長(zhǎng)度可依據(jù)試件大小和測(cè)試段(預(yù)定破壞段)A4的具體長(zhǎng)度來(lái)確 定。
[0044]所述上框架和下框架可動(dòng)的右肢D7可繞固定結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)90度，便于對(duì)啞鈴型張拉試 件的測(cè)試段A4進(jìn)行夾持操作。
[0045]本實(shí)施例的變形傳感器18采用差動(dòng)變壓器式位移計(jì)(LVDTH8A，標(biāo)距柱D3上的卡 箍D5用于固定差動(dòng)變壓器式位移計(jì)18A的主體，下框架左肢D2和右肢D7上設(shè)置的左右卡箍 D5用于固定頂板D14,所述差動(dòng)變壓器式位移計(jì)18A測(cè)試端的球珠頂在頂板D14上，在測(cè)試過(guò) 程中，差動(dòng)變壓器式位移計(jì)18A通過(guò)自身的彈性元件始終使球珠與頂板D14接觸，從而測(cè)得 試件7加載段A4的變形量。
[0046]如圖7所示，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括變形傳感器18、荷載傳感器20、控制器21、計(jì)算 機(jī)22等，兩個(gè)變形傳感器18夾持在變形傳感器夾具19上，荷載傳感器20的上下兩端分別通 過(guò)球鉸頭連接件16與試件張拉夾持夾具17和底座10聯(lián)接，荷載傳感器20和變形傳感器18分 別通過(guò)數(shù)據(jù)電纜與控制器21連接，控制器21通過(guò)數(shù)據(jù)電纜與計(jì)算機(jī)22連接。本發(fā)明中的控 制器21包括放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、通訊接口電路等，均為現(xiàn)有技術(shù)， 不再贅述。
[0047]本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置的測(cè)試方法： 先將試驗(yàn)裝置放在壓力試驗(yàn)機(jī)的受壓承臺(tái)上，使加載導(dǎo)桿6上端的承載帽1與壓力試驗(yàn) 機(jī)的上壓盤(pán)垂直對(duì)中，將一套試件張拉夾持夾具17通過(guò)球鉸頭連接件16鏈接到拉桿14上， 另一套試件張拉夾持夾具17先通過(guò)球鉸頭連接件16鏈接荷載傳感器20,荷載傳感器20再通 過(guò)球鉸頭連接件16鏈接到底座10的球窩內(nèi)，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11，轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11帶動(dòng)加載 螺母12將拉桿14向上旋出，拉桿14帶動(dòng)試件張拉夾持夾具17向上移動(dòng)，使上下兩套試件張 拉夾持夾具17之間留有便于安裝試件7的空間，調(diào)整上方試件張拉夾持夾具17的自適應(yīng)夾 持結(jié)構(gòu)使其夾緊試件7,逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11，使拉桿14帶動(dòng)已安裝有試件7的試件張拉 夾持夾具17向下移動(dòng)，直至使試件7可方便伸入下方的試件張拉夾持夾具17中為止，調(diào)整自 適應(yīng)夾持結(jié)構(gòu)使上下兩套試件張拉夾持夾具17同時(shí)夾緊試件7,將試件變形測(cè)試夾具19夾 持在試件7的測(cè)試段A4內(nèi)，變形傳感器18固定在所述試件變形測(cè)試夾具19上，調(diào)整頂板D14 的位置使變形傳感器18處于適宜的量程內(nèi)，分別將變形傳感器18和荷載傳感器20與數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)連接，打開(kāi)數(shù)據(jù)采集軟件，確認(rèn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正常后順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)手柄11，使上下 兩套試件張拉夾持夾具17能剛好夾緊試件7,并使荷載信號(hào)顯示為零。此后，可同時(shí)開(kāi)動(dòng)壓 力試驗(yàn)機(jī)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)。
[0048] 實(shí)施例2: 參見(jiàn)圖1至圖8和圖12至14。實(shí)施例2與實(shí)施例1在混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件及其成型模 具，以及與試件結(jié)構(gòu)型式相適應(yīng)的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置方面均相同，實(shí)施例2區(qū)別 于實(shí)施例1的技術(shù)特征是，變形傳感器采用電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)18B，上框架標(biāo)距柱D3上的 卡箍D5和下框架對(duì)應(yīng)設(shè)置的卡箍D5均用于固定限位桿D15,所述限位桿D15端部一側(cè)設(shè)置有 用于限定引伸計(jì)刀刃位置的刀刃卡槽D16,對(duì)應(yīng)另一側(cè)設(shè)置有防止夾持物脫落的防滑槽 D17,所述夾持物可是橡皮筋或彈簧，在測(cè)試過(guò)程中，電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)18B的刀刃始終被 固定在限位桿D15上，并通過(guò)上框架和下框架傳遞的相對(duì)位移獲得試件預(yù)定破壞段的變形 量。
[0049] 實(shí)施例3: 參見(jiàn)圖1至圖8。在有萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的條件下，可直接將一套試件張拉夾持夾具17通過(guò)球 鉸頭連接件16鏈接試驗(yàn)機(jī)的上鉗口，另一套試件張拉夾持夾具17先通過(guò)球鉸頭連接件16鏈 接荷載傳感器20,荷載傳感器20再通過(guò)球鉸頭連接件16鏈接試驗(yàn)機(jī)的下鉗口，調(diào)整萬(wàn)能試 驗(yàn)機(jī)橫梁的位置使試件7夾持在上下兩套試件張拉夾持夾具17中并使荷載值為零。連接好 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)即可通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)加載程序完成加載試驗(yàn)，通過(guò)采集系統(tǒng)完成數(shù)據(jù) 記錄和后期處理，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和集成在萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)控制軟件中。
[0050] 實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，改變?cè)嚰木唧w 規(guī)格，改變?cè)嚰?qiáng)固段A1、加載段A2、傳力段A3和測(cè)試段A4不同的不同尺寸比例，改變主梁 2、導(dǎo)向梁5、左柱8、中柱9、右柱15和底座10構(gòu)成的加載框架的連接方式及具體規(guī)格和結(jié)構(gòu)， 改變加載導(dǎo)桿6、杠桿3、拉桿14、轉(zhuǎn)軸4等構(gòu)成的加載機(jī)構(gòu)的連接方式及具體規(guī)格和結(jié)構(gòu)，改 變由連扳C1、肢板C2、橡膠板C3、T型卡板C4、球鉸頭C5、夾持梁C6、頂柱C7、轉(zhuǎn)軸C8組成的試 件張拉夾持夾具17的連接方式及具體規(guī)格和結(jié)構(gòu)，如將夾持梁C6和頂柱C7的球鉸連接改變 為轉(zhuǎn)軸連接，改變杠桿3中間轉(zhuǎn)軸4的位置等均能組成多個(gè)實(shí)施例，均為本發(fā)明的常見(jiàn)變化， 在此不一一詳述。
[0051] 試驗(yàn)驗(yàn)證： 采用本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置及測(cè)試方法測(cè)試了普通混凝土的抗拉性 能。本實(shí)例中的試驗(yàn)概況及結(jié)果如下： 原材料為42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，Π級(jí)粉煤灰，粒徑為5-20mm的石灰?guī)r碎石，細(xì)度模 數(shù)為3.0的中粗河砂，聚羧酸高效減水劑，自來(lái)水。普通混凝土的單方配合比見(jiàn)表1。
[0052] 試驗(yàn)依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T500081-2002規(guī)定的方法 進(jìn)行。采用的方截面等厚度啞鈴型試件預(yù)定破壞段的尺寸為100mm X 100mm X 100mm，強(qiáng)固段 的尺寸為長(zhǎng)X寬X厚=30mm X 200mm X 100mm。試件制備時(shí)將滿足工作性要求的拌合物澆入 試件成型模具，然后靜置室內(nèi)24小時(shí)拆模編號(hào)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行直接拉伸 試驗(yàn)，每組9個(gè)試件，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
由表2中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用本發(fā)明的混凝土直接拉伸試驗(yàn)拉伸試件、成型模具 及成套裝置可方便測(cè)得普通混凝土應(yīng)力和應(yīng)變值，所測(cè)強(qiáng)度值的變異系數(shù)為5.4%，測(cè)試精 度較高。
[0054] 以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等 同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán) 利要求范圍當(dāng)中。
[0055] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"前"、"后"、"左"、"右"、 "豎直"、"水平"、"頂"、"內(nèi)"、"外"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置 關(guān)系，僅是為便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗指所指的裝置或元件必須具有 特定的方位、為特定的方位構(gòu)造和操作，因而不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件，其特征在于:所述試件為方截面等厚度啞鈴型抗拉試件， 其由上至下依次為上強(qiáng)固段、上加載段、上傳力段、測(cè)試段、下傳力段、下加載段和下強(qiáng)固 段，測(cè)試段即為預(yù)定破壞段;各段的橫截面均呈方形，且截面厚度均相等，截面寬度由預(yù)定 破壞段向上強(qiáng)固段和下強(qiáng)固段逐漸增大;上加載段和下加載段側(cè)面均設(shè)置為與試件縱向成 不大于45度的斜面，上傳力段兩側(cè)面設(shè)置為弧面，且弧面兩端切面即為上加載段和預(yù)定破 壞段的側(cè)面，上傳力段兩側(cè)面與上加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面的連接界面平滑過(guò)渡，下傳 力段兩側(cè)面設(shè)置為弧面，且弧面兩端切面即為下加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面，下傳力段兩 側(cè)面與下加載段和預(yù)定破壞段的側(cè)面的連接界面平滑過(guò)渡。2. 混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具，該試件模具的型腔與權(quán)利要求1所述的試件相 對(duì)應(yīng)，其特征在于:所述試件成型模具包括側(cè)?？蚣芎偷装?側(cè)?？蚣苡蓛山M鏈合側(cè)板對(duì)接 形成，每組鏈合側(cè)板均由橫側(cè)板和縱側(cè)板鉸接連接而成，每組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板的對(duì)應(yīng)位 置處均設(shè)置有限位槽，對(duì)接時(shí)一組鏈合側(cè)板橫側(cè)板的端部插入另一組鏈合側(cè)板縱側(cè)板端部 設(shè)置的限位槽中； 每組鏈合側(cè)板的橫側(cè)板端部外側(cè)中心設(shè)置有側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓，側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓配設(shè)鎖緊螺 母，每組鏈合側(cè)板的縱側(cè)板端部與所述轉(zhuǎn)軸螺栓對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置有側(cè)板螺栓卡槽，兩組鏈 合側(cè)板通過(guò)兩套側(cè)板螺栓卡槽、側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓和鎖緊螺母進(jìn)行緊固連接，對(duì)接時(shí)一組鏈合 側(cè)板橫側(cè)板的側(cè)板轉(zhuǎn)軸螺栓卡入另一組鏈合側(cè)板縱側(cè)板的側(cè)板螺栓卡槽中； 底板的四周側(cè)邊中心向外均設(shè)置有底板轉(zhuǎn)軸螺栓，底板轉(zhuǎn)軸螺栓配設(shè)鎖緊螺母，側(cè)模 框架的每塊橫側(cè)板和縱側(cè)板上與底板轉(zhuǎn)軸螺栓相應(yīng)位置處設(shè)置有底板螺栓卡槽，所述的底 板螺栓卡槽和底板設(shè)置的底板轉(zhuǎn)軸螺栓將底板和側(cè)?？蚣苓B接為一整體的試件成型模具， 連接時(shí)底板的底板轉(zhuǎn)軸螺栓卡入側(cè)模框架的的底板螺栓卡槽中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)試件成型模具，其特征在于:所述每組鏈 合側(cè)板的縱側(cè)板的構(gòu)型與所述試件的縱向側(cè)面一致;所述底板上設(shè)置有臺(tái)階，臺(tái)階形狀與 所述試件的縱向截面相對(duì)應(yīng)。4. 混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，所述成套裝置包括與權(quán)利要求1所述試件相配合的 試件張拉夾持夾具，其特征在于:所述試件張拉夾持夾具包括連板、肢板、夾持梁、球鉸頭和 T型卡板； 所述連板內(nèi)端部的前后側(cè)均固定連接有倒Y字型的肢板，每個(gè)肢板均向下左右兩側(cè)分 出兩個(gè)肢臂，肢臂端部均設(shè)置有圓形套孔，前后側(cè)肢板的左側(cè)兩對(duì)應(yīng)肢臂和右側(cè)兩對(duì)應(yīng)肢 臂之間均設(shè)置有夾持梁，夾持梁通過(guò)兩端設(shè)置的轉(zhuǎn)軸限位在前后側(cè)肢板對(duì)應(yīng)肢臂的兩個(gè)圓 形套孔中，夾持梁通過(guò)轉(zhuǎn)軸與圓形套孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接;夾持梁中間設(shè)置有球鉸窩，球鉸窩內(nèi)設(shè)置 球鉸頭，球鉸頭與T型卡板通過(guò)頂柱固定連接為整體，左右兩T型卡板的夾持面與所述試件 的上加載段或下加載段的兩側(cè)面貼合。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于:它還包括試件變 形測(cè)試夾具，所述試件變形測(cè)試夾具包括上框架和下框架，上框架和下框架均包括由前肢、 左肢和后肢組成的固定結(jié)構(gòu)和由右肢組成的可動(dòng)結(jié)構(gòu)，固定結(jié)構(gòu)的后肢右端和右肢的后端 鉸接連接，固定結(jié)構(gòu)的前肢右端和右肢前端通過(guò)鎖銷連接，所述鎖銷設(shè)置在右肢前端的限 位槽內(nèi)，限位槽的前后側(cè)壁設(shè)置有限制鎖銷位置的滑動(dòng)導(dǎo)孔，鎖銷中間設(shè)置有把手，介于把 手和限位槽后側(cè)壁之間的鎖銷桿上套裝有復(fù)位彈簧，所述前肢右端部朝向鎖銷的側(cè)面設(shè)置 有與鎖銷相對(duì)應(yīng)的鎖銷插槽，鎖銷壓入插槽后可動(dòng)結(jié)構(gòu)的右肢即與固定結(jié)構(gòu)組成一體的結(jié) 構(gòu)框架;所述左肢內(nèi)側(cè)面排列設(shè)置有至少兩個(gè)頂錐，右肢內(nèi)側(cè)面中心設(shè)置有試件夾持螺釘， 試件夾持螺釘穿過(guò)右肢且其頂端指向左側(cè)； 上框架和下框架均通過(guò)兩個(gè)頂錐和一個(gè)試件夾持螺釘夾持在所述試件的測(cè)試段處； 上框架左肢和右肢下側(cè)面均固定連接有標(biāo)距柱，標(biāo)距柱外側(cè)壁均設(shè)置有上卡箍，下框 架的左肢和右肢與標(biāo)距柱上的卡箍對(duì)應(yīng)位置處分別設(shè)置有下卡箍，上卡箍和下卡箍構(gòu)成變 形傳感器夾具。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于:它還包括加載框 架和加載機(jī)構(gòu)，所述加載框架包括由左至右依次布置的左柱、中柱與右柱和由上至下依次 布置的主梁、導(dǎo)向梁和底座，左柱、中柱和右柱固結(jié)于底座上，導(dǎo)向梁固結(jié)于左柱和中柱上， 主梁固結(jié)于左柱、中柱和右柱上，主梁和導(dǎo)向梁左側(cè)處沿垂直方向設(shè)置有上下對(duì)應(yīng)的導(dǎo)桿 滑動(dòng)導(dǎo)向套孔;主梁右側(cè)處沿垂直方向設(shè)置有拉桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔；中柱位于主梁和導(dǎo)向梁 之間的柱體中心處設(shè)置有杠桿方孔； 所述加載機(jī)構(gòu)包括加載導(dǎo)桿、杠桿、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)盤(pán)手柄、加載螺母和拉桿，加載導(dǎo)桿通過(guò)所 述導(dǎo)桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔與加載框架形成滑動(dòng)連接，加載導(dǎo)桿頂端設(shè)置承載帽，杠桿分別通過(guò) 轉(zhuǎn)軸與加載導(dǎo)桿、中柱和拉桿鉸接連接，杠桿與加載導(dǎo)桿、杠桿與拉桿的連接孔均為長(zhǎng)圓 孔，杠桿與中柱的連接孔為圓孔，拉桿中部通過(guò)軸銷與杠桿鉸接連接，拉桿上端穿過(guò)所述拉 桿滑動(dòng)導(dǎo)向套孔并與主梁滑動(dòng)連接，拉桿伸出主梁滑動(dòng)導(dǎo)孔的上端部分設(shè)置有外螺紋，設(shè) 置外螺紋的桿體處套設(shè)有加載螺母； 所述試件的上加載段和下加載段位置處各設(shè)置一套所述試件張拉夾持夾具，上加載段 處的所述試件張拉夾持夾具和下加載段處的所述試件張拉夾持夾具上下對(duì)稱設(shè)置，每套試 件張拉夾持夾具的連板的外端部對(duì)應(yīng)于所述試件中心拉伸軸線處均設(shè)置有半球形球鉸孔， 半球形球鉸孔內(nèi)設(shè)置球鉸連接件，上加載段處的試件張拉夾持夾具通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件 與拉桿連接，下加載段處的試件張拉夾持夾具通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件與荷載傳感器連接。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于:它還包括數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括荷載傳感器、變形傳感器、控制器、計(jì)算機(jī)，兩個(gè)變形傳感器 夾持在對(duì)應(yīng)的變形傳感器夾具上，荷載傳感器的上端通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸連接件與對(duì)應(yīng)的試件 張拉夾持夾具連接，荷載傳感器的下端與所述底座連接，荷載傳感器和變形傳感器分別通 過(guò)數(shù)據(jù)電纜與控制器連接，控制器通過(guò)數(shù)據(jù)電纜與計(jì)算機(jī)連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于： 所述T型卡板的夾持面上設(shè)置有緩沖層； 所述T型卡板的外邊緣設(shè)置有限位擋板，所述限位擋板與T型卡板夾持面形成的夾角與 所述試件對(duì)應(yīng)處的邊角相等； 所述變形傳感器卡箍上設(shè)置有緊固螺釘； 所述鎖銷和滑動(dòng)導(dǎo)孔的橫截面均為方形，所述插槽也為方形，所述鎖銷的鎖頭的縱向 內(nèi)側(cè)面為弧面； 加載螺母外固定連接有轉(zhuǎn)盤(pán)手柄，加載螺母和主梁的滑動(dòng)導(dǎo)孔間設(shè)置有軸承； 拉桿中部靠上側(cè)處固定套設(shè)有圓盤(pán)，緩沖裝置設(shè)在杠桿上位于主梁和圓盤(pán)之間的位置 處； 所述緩沖裝置為彈簧或阻尼器； 所述底座與荷載傳感器下端對(duì)應(yīng)位置處也設(shè)置有半球形球鉸孔，半球形球鉸孔內(nèi)設(shè)置 球鉸連接件，荷載傳感器的下端通過(guò)對(duì)應(yīng)的球鉸頭連接件與所述底座連接。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于:所述變形傳感器 為差動(dòng)變壓器式位移計(jì)，所述標(biāo)距柱上的上卡箍是固定差動(dòng)變壓器式位移計(jì)的主體，對(duì)應(yīng) 的下卡箍固定頂板，差動(dòng)變壓器式位移計(jì)測(cè)試端的球珠頂在頂板上，測(cè)試過(guò)程中差動(dòng)變壓 器式位移計(jì)通過(guò)自身的彈性元件始終使球珠與頂板接觸，通過(guò)上框架和下框架傳遞的相對(duì) 位移獲得試件預(yù)定破壞段的變形量。10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的混凝土直接拉伸試驗(yàn)成套裝置，其特征在于:所述變形傳感 器為電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)，所述標(biāo)距柱上的上卡箍和下框架對(duì)應(yīng)設(shè)置的下卡箍均分別固定 有上下對(duì)稱的限位桿，所述限位桿內(nèi)端部一側(cè)均設(shè)置有用于限定引伸計(jì)刀刃位置的刀刃卡 槽，電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)的兩刀刃分別卡接在對(duì)應(yīng)的刀刃卡槽內(nèi)，每個(gè)限位桿與刀刃卡槽 對(duì)應(yīng)另一側(cè)均設(shè)置有防滑槽，測(cè)試過(guò)程中電阻應(yīng)變計(jì)式引伸計(jì)的兩刀刃始終固定在限位桿 上，通過(guò)上框架和下框架傳遞的相對(duì)位移獲得試件預(yù)定破壞段的變形量。
【文檔編號(hào)】G01N1/28GK106018044SQ201610659029
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月12日
【發(fā)明人】湯寄予, 高丹盈, 趙軍, 朱海堂, 王寶庭, 趙 卓, 齊新華, 尤培波
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)